A visual examination of the images from the Galactic Legacy Infrared Mid-Plane Survey Extraordinaire (GLIMPSE) has revealed 322 partial and closed rings that we propose represent partially or fully enclosed three-dimensional bubbles. We argue that the bubbles are primarily formed by hot young stars in massive star formation regions. We have found an average of about 1.5 bubbles per square degree. About 25% of the bubbles coincide with known radio H II regions, and about 13% enclose known star clusters. It appears that B4-B9 stars (too cool to produce detectable radio H II regions) probably produce about three-quarters of the bubbles in our sample, and the remainder are produced by young O-B3 stars that produce detectable radio H II regions. Some of the bubbles may be the outer edges of H II regions where PAH spectral features are excited and may not be dynamically formed by stellar winds. Only three of the bubbles are identified as known SNRs. No bubbles coincide with known planetary nebulae or W-R stars in the GLIMPSE survey area. The bubbles are small. The distribution of angular diameters peaks between 1' and 3' with over 98% having angular diameters less than 10' and 88% less than 4'. Almost 90% have shell thicknesses between 0.2 and 0.4 of their outer radii. Bubble shell thickness increases approximately linearly with shell radius. The eccentricities are rather large, peaking between 0.6 and 0.7; about 65% have eccentricities between 0.55 and 0.85.

We present two-dimensional radiation transfer models of class I protostars and show the effect of including more realistic geometries on the resulting spectral energy distributions and images. We begin with a rotationally flattened infalling envelope as our comparison model and add a flared disk and bipolar cavity. The disk affects the spectral energy distribution most strongly at edge-on inclinations, causing a broad dip at about 10 μm (independent of the silicate feature) due to high extinction and low scattering albedo in this wavelength region. The bipolar cavities allow more direct stellar+disk radiation to emerge into polar directions and more scattering radiation to emerge into all directions. The wavelength-integrated flux, often interpreted as luminosity, varies with viewing angle, with pole-on viewing angles seeing 2-4 times as much flux as edge-on, depending on geometry. Thus, observational estimates of luminosity should take into account the inclination of a source. The envelopes with cavities are significantly bluer in near-IR and mid-IR color-color plots than those without cavities. Using one-dimensional models to interpret Class I sources with bipolar cavities would lead to an underestimate of envelope mass and an overestimate of the implied evolutionary state. We compute images at near-, mid-, and far-IR wavelengths. We find that the mid-IR colors and images are sensitive to scattering albedo and that the flared disk shadows the midplane on large size scales at all wavelengths plotted. Finally, our models produce polarization spectra that can be used to diagnose dust properties, such as albedo variations due to grain growth. Our results of polarization across the 3.1 μm ice feature agree well with observations for ice mantles covering 5% of the radius of the grains.

We present model spectral energy distributions (SEDs), colors, polarization, and images for an evolutionary sequence of a low-mass protostar from the early collapse stage (Class 0) to the remnant disk stage (Class III). We find a substantial overlap in colors and SEDs between protostars embedded in envelopes (Class 0-I) and T Tauri disks (Class II), especially at mid-IR wavelengths. Edge-on Class I-II sources show double-peaked SEDs, with a short-wavelength hump due to scattered light and a long-wavelength hump due to thermal emission. These are the bluest sources in mid-IR color-color diagrams. Since Class 0 and I sources are diffuse, the size of the aperture over which fluxes are integrated has a substantial effect on the computed colors, with larger aperture results showing significantly bluer colors. Viewed through large apertures, the Class 0 colors fall in the same regions of mid-IR color-color diagrams as Class I sources and are even bluer than Class II-III sources in some colors. It is important to take this into account when comparing color-color diagrams of star formation regions at different distances or different sets of observations of the same region. However, the near-IR polarization of the Class 0 sources is much higher than the Class I-II sources, providing a means to separate these evolutionary states. We varied the grain properties in the circumstellar envelope, allowing for larger grains in the disk midplane and smaller grains in the envelope. In comparing with models with the same grain properties throughout, we find that the SED of the Class 0 source is sensitive to the grain properties of the envelope only—that is, grain growth in the disk in Class 0 sources cannot be detected from the SED. Grain growth in disks of Class I sources can be detected at wavelengths greater than 100 μm. Our image calculations predict that the diffuse emission from edge-on Class I and II sources should be detectable in the mid-IR with the Space Infrared Telescope Facility (SIRTF) in nearby star-forming regions (out to several hundred parsecs).

We present the Coordinated Synoptic Investigation of NGC 2264, a continuous 30-day multi-wavelength photometric monitoring campaign on more than 1000 young cluster members using 16 telescopes. The unprecedented combination of multi-wavelength, high-precision, high-cadence, and long-duration data opens a new window into the time domain behavior of young stellar objects. Here we provide an overview of the observations, focusing on results from Spitzer and CoRoT. The highlight of this work is detailed analysis of 162 classical T Tauri stars for which we can probe optical and mid-infrared flux variations to 1% amplitudes and sub-hour timescales. We present a morphological variability census and then use metrics of periodicity, stochasticity, and symmetry to statistically separate the light curves into seven distinct classes, which we suggest represent different physical processes and geometric effects. We provide distributions of the characteristic timescales and amplitudes, and assess the fractional representation within each class. The largest category (>20%) are optical "dippers" having discrete fading events lasting ~1-5 days. The degree of correlation between the optical and infrared light curves is positive but weak; notably, the independently assigned optical and infrared morphology classes tend to be different for the same object. Assessment of flux variation behavior with respect to (circum)stellar properties reveals correlations of variability parameters with H$\alpha$ emission and with effective temperature. Overall, our results point to multiple origins of young star variability, including circumstellar obscuration events, hot spots on the star and/or disk, accretion bursts, and rapid structural changes in the inner disk.

We present a grid of radiation transfer models of axisymmetric young stellar objects (YSOs), covering a wide range of stellar masses (from 0.1 to 50 M☉) and evolutionary stages (from the early envelope infall stage to the late disk-only stage). The grid consists of 20,000 YSO models, with spectral energy distributions (SEDs) and polarization spectra computed at 10 viewing angles for each model, resulting in a total of 200,000 SEDs. We have made a careful assessment of the theoretical and observational constraints on the physical conditions of disks and envelopes in YSOs and have attempted to fully span the corresponding regions in parameter space. These models are publicly available on a dedicated Web server. In this paper we summarize the main features of our models, as well as the range of parameters explored. Having a large grid covering reasonable regions of parameter space allows us to shed light on many trends in near- and mid-IR observations of YSOs (such as changes in the spectral indices and colors of their SEDs), linking them with physical parameters (such as disk and infalling envelope parameters). In particular, we examine the dependence of the spectral indices of the model SEDs on envelope accretion rate and disk mass. In addition, we show variations of spectral indices with stellar temperature, disk inner radius, and disk flaring power for a subset of disk-only models. We also examine how changing the wavelength range of data used to calculate spectral indices affects their values. We show sample color-color plots of the entire grid as well as simulated clusters at various distances with typical Spitzer sensitivities. We find that young embedded sources generally occupy a large region of color-color space due to inclination and stellar temperature effects. Disk sources occupy a smaller region of color-color space but overlap substantially with the region occupied by embedded sources, especially in the near- and mid-IR. We identify regions in color-color space where our models indicate that only sources at a given evolutionary stage should lie. We find that, while near-IR (such as JHK) and mid-IR (such as IRAC) fluxes are useful in discriminating between stars and YSOs, and are useful for identifying very young sources, the addition of longer wavelength data such as MIPS 24 μm is extremely valuable for determining the evolutionary stage of YSOs.